Digitaalisuus

Digitaalisuus on tiedon syöttämisessä, käsittelyssä, siirrossa, varastoinnissa ja esittämisessä käytettävä menetelmä, jossa tieto on diskreetinnn muuttuja arvoja. Tavallisin digitaalinen järjestelmä on binäärijärjestelmä, jossa muuttujalla on vain kaksi arvoa, 0 tai 1. Sähköisen jännitteen arvo on tavallisin tapa ilmaista digitaalista tietoa. Digitaalisuuden vastakohtana on analogisuus, jossa muuttuja voi saada kokonaisen spektrin arvoja.

Tietoa käsittelevissä laitteissa on yleensä sekä digitaalisia että analogisia osia. Esimerkiksi digitaalikamera muuntaa valon analogisen signaalin digitaaliseksi signaaliksi ja tallettaa sen muistiinsa. Tavallisesti tämä digitaalinen tieto muunnetaan myös etsimen tai näytön analogiseksi kuvasignaaliksi.

Sana digitaalinen tulee latinan kielen sanasta digitus, joka tarkoittaa sormea.

Sähköinen binäärijärjestelmä

Binäärijärjestelmän muuttujan eli bitin kahdelle mahdolliselle eri arvuolle voidaan antaa nimet, esimerkiksi 0 ja 1 tai A ja B tai joku muu. Sähkövirtana nämä kaksi arvua voidaan esittää esimerkiksi vaihtoehtoina virta kulkee - virta pois, tai vaihtoehtoina 1 voltti - 5 volttia. Olennaista on vuo, joka vaihtelee kahtena vaihtoehtona, esimerkiksi kaapelissa kulkevan valon säätäminen kahdeksi vaihtoehdoksi.

Jos sovimme, että näillä kahdella arvolla kuvataan numerot ja kirjaimet, niin käyttäen kahta merkkiä kahdeksan merkin jonoina (byte eli tavu), voidaan kahdella merkillä esittää 2⁸ eli 256 erilaista kirjainta, numeroa tai muuta ilmoitusta. Kahdeksan merkin pätkässä esitetään numero nolla esimerkiksi sarjana 00000000 (8 nollaa) ja ykkönen sarjana 00000001 (7 nollaa ja ykkönen).

Jos kaikkien 256 ilmoituksen tekemiseen käytetään vain meille tavallisia lukuja 0-255, mutta näiden lukujen ilmoittamiseen vain numeroita 0 ja 1 (binääristä järjestelmää), niin esimerkiksi kirjoituksessa olevia sanavälejä merkitsevä luku 32 merkitään 00100000.

Muuntamalla esitys digitaaliseksi se voidaan lähettää alkuperäistä esitystä enemmän tai vähemmän vastaavana ja päätepisteessä muuttaa lähetettyä vastaavaksi kirjoitukseksi, ääneksi, kuvaksi jne. Alkuperäisen esityksen täydellisyys menetetään mutta näin tapahtuu enemmän tai vähemmän muussakin muodossa lähetetylle tai talletetulle tiedolle.

Digitaalisen tiedonsiirron ominaisuuksia ovat:

• Osa informaatiosta kadotetaan ensin tehtävässä analogia-digitaalimuunnoksessa eli A/D-muunnoksessa.
• Signaali vääristyy ja vaimenee, mutta se voidaan regeneroida eli uusia toistimissa.
• Useimmat vääristymät voidaan korjata, koska signaalilla on vain harvoja sallittuja arvoja.

Yleisesti ottaen digitaalinen tiedonsiirto ja -tallennus vaativat analogista monimutkaisemman laitteiston, mikä viivytti aikoinaan niiden käyttöönottoa, poikkeuksena sähkötys. Nykyinen elektroniikan ja mikropiirien kehittyneisyys kuitenkin tekee digitaalisen siirron kannattavaksi.

Muita digitaalisia järjestelmiä

Vaikka digitaalisuus yhdistetään tavallisesti binääriseen elektroniikkaan on digitaalisuus itseessään huomattavasti vanhempi keksintö.

• Helmitaulu on periteinen digitaalinen laskin. Siinä tankojen varteen ripustetut liikuteltavat helmet esittävät numeroita.
• Merkkituli on perinteinen digitaalinen viestintäväline. Se voi olla pelkkä nuotiotuli, joka on joko päällä tai pois. Erityisesti savumerkissä jatkuva nuotion savu moduloidaan epäjatkuvaksi viestisingnaaliksi.
• DNA on on nelikantainen digitaalinen tiedon varastointi- ja siirtomenetelmä. Siinä muuttujina ovat adeniini-, sytosiini-, guaniini- ja tymiini-molekyylit.
• Morsekoodi koostuu kuudesta muuttujan arvosta eli pisteestä, morseviivasta, merkin sisällä pisteen ja viivan välillä olevasta välistä, merkkien välissä olevasta lyhyestä välistä, sanojen välisestä keskipitkästä välistä ja lauseiden välisestä pitkästä välistä. Morsekoodia käyttäen voidaan lähettää viestejä vaikkapa lennättimellä tai taskulampulla.
• Pistekirjoitus on kuusibittinen binäärijärjestelmä, jossa kuudesta pisteestä (kaksi vaakaan kertaa kolme pystyyn) muodostetulla kuviolla kuvataan sovittuja merkkejä.
• Optisessa lennättimessä sauvoja tai lippuja käyttäen muodostetaan tiettyjä kuvioitä, joille on sovittu merkityksiä. Muuttujan arvojen määrä vaihtelee eri järjestelmissä.
• Meriliikenteessä käytettävillä viestilipuilla kahtalainen merkitys. Yksittäisellä lipulla on oma sovittu merkitys kuten 'Pysytelkää etäällä: aluksella on tulipalo, ja lastina on vaarallisia aineita.'. Lisäksi lippu kuvaa yhtä kirjainta, tässä tapauksessa kirjainta 'J'. Lisäksi numeroille 0-9 on omat liput.
• Modeemi (yhdistelmä sanoista modulaatio ja demodulaatio) moduloi digitaalisen signaalin analogiselle siirtotielle ja palauttaa eli demoduloi analogisesta signaalista digitaalisen signaalin.

Lähteet